// 在 O(n log n) 时间复杂度和常数级空间复杂度下，对链表进行排序。

// 示例 1:

// 输入: 4->2->1->3
// 输出: 1->2->3->4
// 示例 2:

// 输入: -1->5->3->4->0
// 输出: -1->0->3->4->5

// Definition for singly-linked list.
struct ListNode {
    int val;
    ListNode *next;
    ListNode(int x) : val(x), next(nullptr) {}
};

// 归并排序
class Solution1 {
public:
    ListNode* sortList(ListNode* head) {
        if (!head || !head->next) return head;
        // 将链表从中间分成两条链表
        ListNode* slow = head;
        ListNode* fast = head;
        ListNode* pre = head; // 第一条链表的最后一个节点
        while (fast && fast->next) {
            pre = slow;
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }
        pre->next = nullptr;
        return merge(sortList(head), sortList(slow));
    }
    // 归并两条链表
    ListNode* merge(ListNode* l1, ListNode* l2) { 
        ListNode* dummy = new ListNode(-1);
        ListNode* cur = dummy;
        while (l1 && l2) {
            if (l1->val < l2->val) {
                cur->next = l1;
                l1 = l1->next;
            } else {
                cur->next = l2;
                l2 = l2->next;
            }
            cur = cur->next;
        }
        // 将链表剩余的部分接上
        if (l1) cur->next = l1;
        if (l2) cur->next = l2;
        return dummy->next;
    }
};

// 归并排序的另一种写法，在merge过程中使用递归
class Solution {
public:
    ListNode* sortList(ListNode* head) {
        if (!head || !head->next) return head;
        // 将链表从中间分成两条链表
        ListNode* slow = head;
        ListNode* fast = head;
        ListNode* pre = head; // 第一条链表的最后一个节点
        while (fast && fast->next) {
            pre = slow;
            slow = slow->next;
            fast = fast->next->next;
        }
        pre->next = nullptr;
        return merge(sortList(head), sortList(slow));
    }
    // 归并两条链表
    ListNode* merge(ListNode* l1, ListNode* l2) { 
        if (!l1) return l2;
        if (!l2) return l1;
        if (l1->val < l2->val) {
            l1->next = merge(l1->next, l2);
            return l1;
        } else {
            l2->next = merge(l1, l2->next);
            return l2;
        }
    }
};